Расчет сушильной установки

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский политехнический  университет»

 

 

 

 

 

Факультет	Теплоэнергетический
Специальность	Промышленная теплоэнергетика
Кафедра	ТПТ
Группа	6А22

 

 

 

 

Пояснительная записка

Расчет  сушильной  установки

по дисциплине: «тепломассообмен»

ФЮРА.140104.001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:

студент           _____________                   ____________  М.С.Захаренков

(подпись)    (дата)

 

Руководитель:

ассистент          _____________                 _____________   Н.А.Трубченко

(подпись)   (дата)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2005

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………….21

ФЮРА.140104.002 Корпус барабанной сушилки                                         

 

                                               
РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа 21с., 2 рис., 5 источников, 1 прил., 1 графическая часть формата А1.

Цель работы – расчет барабанной сушильной установки с подъемно-лопастными перевалочными устройствами для сушки пшеницы, по  заданной производительности по сухому материалу, начальной и конечной влажности, температуре сушильного агента и температуре влажного материала, а также вида используемого топлива.

 Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

При сушке  влажных материалов изменяются свойства и характеристики высушиваемого материала. Сушка - совокупность тепловых и массообменных процессов, происходящих внутри влажного материала (внутренняя задача сушки) и за пределами его поверхности (внешняя задача сушки).

А. В. Лыков  предложил делить все влажные  материалы на три группы:

1. капиллярно-пористые,
2. коллоидные,
3. капиллярно-пористые коллоидные.

Капиллярно-пористые материалы при сушке практически  не изменяют свои размеры. Коллоидные материалы при изменении содержания в них влаги изменяют геометрические размеры, но сохраняют эластичные свойства (желатин, мучное тесто). Капиллярно-пористые коллоидные материалы имеют капиллярно-пористую структуру, но стенки капилляров эластичны, способны к набуханию при обезвоживании. Большинство влажных материалов относится к третьей группе (торф, ткани, древесина и др.).

При сушке  влага из внутренних слоев влажного материала передвигается к поверхности, а затем испаряется в окружающую среду. На преодоление сил сцепления молекул влаги друг с другом и со скелетом материала требуются затраты энергии, поэтому скорость процессов переноса зависит от форм связи влаги с материалом. По классификации П. А. Ребиндера энергия связи влаги с материалом наибольшая при химической форме связи, менее прочной является физико-химическая связь, а наименьшая - при физико- механической связи. Химическая связь - в точных количественных соотношениях, может быть разрушена при химических реакциях или при прокаливании.

Для оценки перспективности способа сушки влажные материалы делят на шесть основных групп:

I - истинные и коллоидные растворы, эмульсии и суспензии;

II - пастообразные материалы, не перекачиваемые насосом;

 

Ш- пылевидные, зернистые и кусковые материалы, обладающие сыпучестью во влажном состоянии;

IV- тонкие гибкие материалы (ткани, пленка, бумага);

V- штучные массивные по объему материалы и изделия (керамика,штучные стройматериалы, изделия из древесины);

VI- изделия, подвергающиеся сушке после грунтования,окраски, 
склеивания.

  Для материалов I-ой группы рекомендуются сушилки распылительные и комбинированные. Для материалов II-ой группы - вальцовые и вальцеленточные сушилки, Ш-ей группы - шахтные, барабанные, трубчатые, трубы-сушилки, аэрофонтанные и кипящего слоя, IV-ой группы - терморадиационные и в жидких средах.

 

 

Рис.1. Принципиальная схема  барабанной сушилки:

1-бункер; 2 -питатель, 3 - сушильный  барабан, 4 - топка, 5 - смесительная камера; 6, 7, 11 -вентиляторы; 8 -промежуточный бункер; 9-транспортер; 10 -циклон; 12 -зубчатая передача.

 

 

1. Параметры топочных газов,  подаваемых в сушилку.

 

В качестве топлива используют природный газ следующего состава [в %]: 92,8 CH₄; 2,8 C₂H₆; 0,9 C₃H₈; 0,4 C₄H₁₀; 0,1 C₅H₁₂; 2,5 N₂; 0,5 CO₂.

Теоретическое количество сухого воздуха _, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, равно:

  (1.1)

где составы горючих  газов выражены в объемных долях.

Подставив соответствующие значения, получим:

Количество тепла  , выделяющегося при сжигании 1 м³ газа, равно:

(1.2)

Плотность газообразного топлива _:

 (1.3)

где   – мольная масса топлива, ;

 – объемная доля горючих  газов;

– температура топлива, равная ;

– абсолютная температура, ;

 – мольный объем,  .

 Подставив, получим:

Количество тепла, выделившегося  при сжигании 1 кг топлива:

 (1.4)

Масса сухого газа, подаваемого  в сушильный барабан, в расчете  на 1 кг сжигаемого топлива определяемого  топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха , необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси . Значение находят из уравнений материального и теплового балансов.

Уравнение материального  баланса:

 (1.5)

где – масса сухих газов, образующихся при сгорании топлива;

- массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода,    .

Уравнение теплового баланса:

 (1.6)

где – общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду, принимаемый равным 0,95;

 – теплоемкость газообразного  топлива при температуре  , равная ;

- энтальпия свежего воздуха, ;

- энтальпия сухих газов,

– соответственно теплоемкость и температура сухих газов; ;

 – влагосодержание свежего  воздуха,  сухого воздуха, при температуре и относительной влажности ;

 – энтальпия водяных паров, 

– теплота испарения воды при  температуре  , равная

– средняя теплоемкость водяных  паров, равная

– температура водяных паров,

Решая совместно уравнения (1.5) и (1.6), получим:

  (1.7)

Пересчитаем компоненты топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые:

 

Количество влаги, выделяющейся при сгорании

топлива, равно:

 Коэффициент избытка воздуха находим по уравнению (1.7):

Вычислим:

Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 200⁰С, равна:

  (1.8)

Удельная масса водяных паров в газовой смеси при сжигании 1 кг топлива:

;  (1.9)

Влагосодержание газов  на входе в сушилку ( ) на 1 кг сухого воздуха равно:

  (1.10)

откуда 

Энтальпия газов на входе  в сушилку:

 (1.11)

Поскольку коэффициент  избытка воздуха  велик, физические свойства газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I-x.

 

2. Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента.

 

Из уравнения материального  баланса сушки определим расход влаги , удаляемого из высушиваемого материала:

  (2.1)

Запишем уравнение внутреннего  теплового баланса сушки:

  (2.2)

где ∆- разность между  удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере;

с – теплоемкость влаги во влажном  материале при температуре 

 – удельный дополнительный  подвод тепла в сушильную камеру, влаги, при работе сушилки по нормальному сушильному варианту ;

 – удельный подвод тепла в сушку с транспортными средствами, влаги, в рассматриваемом случае ;

 – удельный подвод тепла  в сушильный барабан с высушиваемым  материалом, влаги;

;

 – теплоемкость высушенного  материала,  [1].

 – температура высушенного  материала на выходе из сушилки,  . При испарении поверхностной влаги принимают приблизительно температуре мокрого термометра при соответствующих параметрах сушильного агента. Принимая в первом приближении процесс сушки адиабатическим, находим по I-x диаграмме по начальным параметрам сушильного агента ;

 – удельные потери тепла  в окружающую среду, влаги, принимаем , что соответствует 1% тепла, затраченного на испарение 1кг воды.

Подставив соответствующие значения, получим:

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

 или    (2.3)

 

Для построения рабочей линии сушки  на диаграмме I-x необходимо знать координаты (x и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: . Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением x и определим соответствующее значение I.

Пусть кг влаги/кг сухого воздуха. Тогда

Через две точки на диаграмме I-x (рис.2) с координатами и проводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром, В точке пересечения линии сушки с изотермой находим параметры отработанного сушильного агента:

Расход сухого газа:

   (2.4)

Расход сухого воздуха:

    (2.5)

Расход тепла на сушку:

                  (2.6)

Расход топлива на сушку:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение основных размеров сушильного барабана.

 

Объем сушильного пространства складывается из объема , необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра сушильного агента), и объема , требуемого для проведения процесса испарения влаги, т. е. . Объем сушильного пространства барабана, может быть вычислен по модифицированному уравнению массопередачи [4,5]:

    (3.1)

где - средняя движущая сила массопередачи, влаги/ ;

- объемный коэффициент массопередачи, 1/с.

При сушке кристаллических  материалов происходит удаление поверхностной  влаги, т. е. процесс протекает в  первом периоде сушки, когда скорость процесса определяется только внешним диффузионным сопротивлением. При параллельном движении материала и сушильного агента температура влажного материала равна температуре мокрого термометра. В этом случае коэффициент массопередачи численно равен коэффициенту массоотдачи .

Для барабанной сушилки  коэффициент массоотдачи  может быть вычислен по эмпирическому уравнению [5].

 (3.2)